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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a super luminescent diode which enables simple lateral-mode emission and high performance output without cost increase. <P>SOLUTION: An optical guided wave path having a gain layer along an optical guided wave direction is structured in a way that its branch optical guided wave paths 21a and 21b join together in an outgoing beam opening 22 created on an outgoing beam surface 18, and at least a part of the optical guided wave path slants towards a normal line of the outgoing beam surface 18. In addition, at least any of the optical guided wave paths is curved in a way of a predetermined curvature. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

Translated from Japanese

本発明はスーパールミネッセントダイオードに関し、特に、高出力化されたスーパールミネッセントダイオードに関するものである。 The present invention relates to a superluminescent diode, more particularly, to a high output has been super luminescent diode.

スーパールミネッセントダイオード（以下「SLD」という。）は通常の発光ダイオード同様にインコヒーレント性を示し、かつ広帯域なスペクトル形状を示しながら、光出力特性では半導体レーザ同様に数十ｍＷ程度までの出力を得ることが可能な半導体光素子である。 Superluminescent diode (hereinafter referred to as "SLD".) Normal light emitting diode as well shows the incoherent property and while showing a wideband spectrum shape, the optical output characteristic output of up to about the semiconductor laser Similarly tens mW a semiconductor optical device capable of obtaining.SLDは半導体レーザ同様に注入キャリアの再結合により生じた自然放出光が、光出射端面方向に進む間に誘導放出による高い利得を受けて増幅され、光出射端面から放出される機構を用いている。 SLD is spontaneous emission light generated by recombination of the semiconductor laser similarly injected carriers is amplified by receiving a high gain due to the stimulated emission while proceeding to the light emitting end face direction, using a mechanism that is emitted from the light emitting end face .ただし半導体レーザと異なり端面反射による共振器の形成を抑え、FP（ファブリ・ペロー）モード発振が生じないようにする必要がある。 However suppress formation of cavity by different facet reflecting a semiconductor laser, it is necessary to FP (Fabry-Perot) mode oscillation does not occur.

レーザ発振を抑制するための方法として光導波路を共振器端面から僅かに傾けることにより発振を抑制する斜め光導波路構造が古くから知られており、1978年にDRSCIFRESらにより特許文献１においてGaAs/AlGaAs半導体レーザのストライプを端面の垂直方向に対して傾けていくと、共振器が形成されなくなりSLDとしての性能を示すことが報告されている。 Known from the oblique optical waveguide structure suppresses oscillation by slightly tilting the optical waveguide from the resonator end face as a method for suppressing lasing it is old, GaAs / AlGaAs in Patent Document 1 by DRSCIFRES et al 1978 When the stripe of the semiconductor laser will be inclined with respect to the vertical direction of the end faces, it has been reported to exhibit the performance as SLD longer resonator is formed.また1988年にはA.GERARDらにより特許文献２において5度傾斜ストライプ構造による28ｍＷの高出力SLDが報告されている。 The high power SLD of 28mW with 5 degree inclined stripe structure in Patent Document 2 has been reported by A.GERARD et al in 1988.

SLDはその特徴からファイバジャイロや高分解能OTDRなど光計測の分野で必要とされるインコヒーレント光源として期待されており、更に高出力なSLDへの要求が高まっている。 SLD is expected as incoherent light sources that are required in the field of optical measurement such as a fiber gyroscope or a high-resolution OTDR from its features, there is a growing further need for high power SLD.

SLDを高出力化させる方法には(1)端面反射率の低減、(2)放熱性の向上、(3)光導波路領域の増加が挙げられる。 The method for increasing the output of the SLD reduction of (1) facet reflectivity, (2) improve the heat radiation property, include an increase in (3) an optical waveguide region.このうち(3) 光導波路領域の増加による方法は、注入キャリアの再結合により生じた自然放出光が増幅される領域（発光領域）を広げるものであり、従来からよく採用されている方法である。 The method according to increase of these (3) optical waveguide regions include spontaneous emission light generated by recombination of the injected carriers is amplified is intended to widen the (light emitting region) is the method employed conventionally well .この光導波路領域の増加方法としては、具体的には素子長を長くする方法と発光幅（活性層面に沿った方向の幅）を広げる方法（非特許文献３参照）とが知られている。 As the method of increasing the optical waveguide region, in particular it has been known a method of widening the method and emission width to increase the device length (width in the direction along the active layer surface) (see Non-Patent Document 3).

しかしながら、素子長を長くする方法では、１素子の大きさが大きくなり１枚のウエハから製造できる素子数が減ってしまいコストアップに繋がるという問題がある。 However, in the method to increase the device length, there is a problem that increase in cost will be reduced number of elements that can be produced from 1 element size becomes large and one wafer.また、発光幅を広げる方法では、発光幅の広がりにより出力光がマルチモードとなってしまい、横モードの単一化ができなくなるという問題がある。 In the method of widening the emission width, there is a problem that the output light by the spread of the emission width becomes a multi-mode, it can not be unified lateral mode.一般に横モードを制御するためには光導波路の幅（発光幅）を制御する必要があり、特に単一横モードの出力光を得るためには、発光幅を十分に狭くする必要がある。 Generally in order to control the transverse mode, it is necessary to control the width (light-emitting width) of the optical waveguide, in order to obtain particularly output light of a single transverse mode, it is necessary to sufficiently narrow the emission width.

本発明は、上記事情に鑑み、コストアップせずに、かつ横単一モードでの発光を可能とした、出力の高いスーパールミネッセントダイオードを提供することを目的とするものである。 In view of the above circumstances, without cost, and to allow light emission in a single transverse mode, it is an object to provide a high superluminescent diode having an output.

本発明のスーパールミネッセントダイオードは、光導波路が、光導波方向に沿って利得層を含み、複数の光導波路が光出射端面に設けられた１つの出射開口に向かって合流していることを特徴とするものである。 Superluminescent diode according to the present invention, the optical waveguide comprises a gain layer along the optical waveguide direction, that a plurality of optical waveguides are joined towards one exit opening provided on the light emitting end face it is an feature.

なお、出射開口は、光導波路の光出射端面側の一端に相当する。 Note that the exit aperture corresponds to one end of the light emitting end face side of the optical waveguide.

ここで、前記複数の光導波路の各々の少なくとも一部が前記光出射端面の法線方向に対して傾きを有していることが望ましい。 Here, it is desirable that at least a portion of each of the plurality of optical waveguides has an inclination with respect to the normal direction of the light emitting facet.

また、前記複数の光導波路の少なくともいずれかの光導波路が、前記合流している箇所における光導波時の漏れ光を抑制するための所定の曲率を有する曲線状に形成されていてもよい。 At least one of the optical waveguides of the plurality of optical waveguides may be formed in a curved shape having a predetermined curvature for suppressing the leakage light at the time of the optical waveguide at the location that the joint.

前記光導波路は光を単一横モードにて導波するものとすることができる。 The optical waveguide can be made to guide light in a single transverse mode.

本発明のスーパールミネッセントダイオードは、光導波路が、光導波方向に沿って利得層を含み、複数の光導波路が光出射端面に設けられた１つの出射開口に向かって合流する構成であり、複数の光導波路を備えて発光領域を広くしたことにより高出力な出力光を得ることができる。 Superluminescent diode according to the present invention, the optical waveguide comprises a gain layer along the optical waveguide direction, a configuration in which a plurality of optical waveguides are joined towards one exit opening provided in the light emitting facet, it is possible to obtain a high-power output light by the wide light-emitting region comprises a plurality of optical waveguides.発光領域を増加させるために素子長を長くして１本の光導波路の長さを長くする方法と異なり、素子長を長くすることなく発光領域を増加させることができるので、コストアップさせることなく、高出力化を達成できる。 Unlike a method of increasing the length of one optical waveguide longer device length in order to increase the light emitting area, it is possible to increase the light emitting region without increasing the device length, without cost , you can achieve a high output.また、発光領域を増加させるために光導波路の幅を広げる方法と異なり、光導波路の幅を制御することにより、単一横モードを得ることもできる。 Unlike the method of widening the width of the optical waveguide in order to increase the light emitting region, by controlling the width of the optical waveguide, it is also possible to obtain a single transverse mode.

出力光の横モードがマルチモードの場合、光源としての用途に制限が生じるが、本発明のスーパールミネッセントダイオードは光導波路の幅を単一横モード発光が可能な幅に設定すれば、単一横モードの出力光でかつ高出力化を達成することができるので光源として有用である。 If transverse mode of the output light of the multimode, although limited to the use as a light source occurs, a super luminescent diode of the present invention by setting the width of the optical waveguide in a single transverse mode emission is possible width, single it is useful as a light source it is possible to achieve the output light and high output of one transverse mode.

複数の光導波路の少なくとも一部が光出射端面の法線方向に対して傾きを有していれば、素子の前方および後方端面が共振器面を構成することなく、レーザ発振を効果的に抑制することができる。 If at least some of the plurality of optical waveguides only have an inclination with respect to the normal direction of the light emitting facet, without front and rear end faces of the elements constituting the cavity end face, effectively suppress lasing can do.

複数の光導波路の少なくともいずれかの光導波路が、合流している箇所における光導波時の漏れ光を抑制するための所定の曲率を有する曲線状に形成されていれば、漏れ光によるロスを抑制し光導波路で生じた光を効率よく出力光として利用することができる。 At least one of the optical waveguides of the plurality of optical waveguides, be formed in a curved shape having a predetermined curvature for suppressing the leakage light at the time of the optical waveguide in the sections that merge, suppressing the loss due to leakage light the light generated in the optical waveguide and can be utilized as efficiently output light.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。 Hereinafter, with reference to the drawings illustrating the embodiments of the present invention.

図１は本発明の第１の実施の形態のスーパールミネッセントダイオード１(以下、「SLD1」という。）の概略構成を示す斜視図であり、図２は図１に示すSLD1のII-II断面図である。 Figure 1 is a super luminescent diode 1 a first embodiment of the present invention (hereinafter, referred to as. "SLD1") is a perspective view showing a schematic configuration of, II-II of SLD1 2 shown in FIG. 1 it is a cross-sectional view.図１には、素子内部に設けられている光導波路20を素子上面に破線で示している。 Figure 1 shows in broken lines the waveguide 20 provided inside the element to the element top surface.

本実施形態のSLD１は、１枚の基板１上に活性層５を含む複数の半導体層が積層されてなる素子であり、その内部に埋め込み型リッジストライプ構造により構成された光導波路20を備えており、この光導波路20は複数の光導波路21ａ、21ｂが出射端面18にある１つの出射開口22に向かって合流してなる形状である。 SLD1 of this embodiment is a device in which a plurality of semiconductor layers are stacked including the active layer 5 on one substrate 1, and includes an optical waveguide 20 constructed in accordance with an embedded ridge stripe structure therein cage, the optical waveguide 20 has a shape in which a plurality of optical waveguides 21a, 21b is formed by merging towards one exit opening 22 at the exit end face 18.なお、以下においては複数の光導波路21ａ、21ｂを便宜上、支流光導波路21ａ、21ｂと称する。 For convenience plurality of optical waveguides 21a, and 21b is hereinafter referred to as tributary optical waveguide 21a, and 21b.それぞれの支流光導波路21ａ、21ｂは光出射端面18の法線方向Ｎに対して所定の傾きθを有する（例えばθ＝7度）直線導波路である。 Each branch optical waveguide 21a, 21b has a predetermined inclination theta with respect to the normal direction N of the light emitting end face 18 (e.g., theta = 7 °) is a straight waveguide.ここで、出射開口22とは光導波路の出射端であり、半導体発光素子の発光点に相当する部分である。 Here, the exit opening 22 is emitting end of the optical waveguide, a portion corresponding to the light emitting point of the semiconductor light emitting element.支流光導波路21ａ、21ｂを光出射端面18の法線方向Ｎに対し所定の傾きを有するように形成することにより、素子の光出射端面である前方端面18と後方端面19とにより共振器構造が形成されるのを避け、レーザ発振を効果的に抑制することができる。 Branch optical waveguide 21a, by forming so as to have a predetermined inclination with respect to the normal direction N of the light emitting end face 18 a 21b, resonator structure by the front end face 18 and the rear end surface 19 is a light emitting end face of the element avoid being formed, it is possible to effectively suppress the laser oscillation.なお、前方端面18および後方端面19のいずれか一方に発光波長に対する無反射膜を形成すれば光導波路は必ずしも法線方向に対して傾きを有していなくてもよい。 Incidentally, it may not have an inclination relative to nonreflective film optical waveguide by forming a necessarily direction normal to the emission wavelength to either the front end face 18 and the rear end surface 19.

駆動時には、複数の支流光導波路21ａ、21ｂで発光増幅された光が該導波路21ａ、21ｂを導波し合流して出射端面18に配置された１つの出射開口22から出射される。 During driving, it is emitted from a plurality of tributaries optical waveguide 21a, the one that light emitted amplified by 21b is disposed waveguide 21a, 21b to be guided joins the outgoing end face 18 exit opening 22.本SLD１は、１素子中の光導波路全域に亘って利得層（活性層５）を有し、複数の支流光導波路21ａ、21ｂを備えているので、同等の素子長で直線状の１本の光導波路を有する従来のSLD素子と比較して発光領域が広くなっており、出射開口22からの出力光は従来の素子と比較して高出力となる。 This SLD1 has gain layer over the optical waveguide whole in one element (active layer 5), a plurality of tributary optical waveguides 21a, is provided with the 21b, with equal element length linear one and the light emitting area as compared with the conventional SLD element becomes wider with an optical waveguide, the output light from the exit opening 22 is a high output as compared with the conventional element.

なお、図１に示すような光導波路20の開口22からの出力光は、支流光導波路21ａ、21ｂからの伝播光が互いに異なる２方向へ進行するが、集光レンズ付き光ファイバ（先球ファイバ）の入射端面を開口22に極近接させ、あるいは接触させて配置すれば、出力光を効率よく利用することができる。 The output light from the opening 22 of the optical waveguide 20 as shown in FIG. 1, branch optical waveguide 21a, while the propagation light from 21b progresses to two different directions, with the condenser lens fiber (hemispherically fiber ) is very close to the opening 22 the incident end surface of the, or if placed in contact, it is possible to utilize the output light efficiently.

図１に示すSLD１の具体的な層構成および作製方法を説明する。 Specific layer structure and a manufacturing method of SLD1 shown in FIG. 1 will be described.ここで、SLD１は赤外発光をする層構成を備えたものである。 Here, SLD1 are those having a layer structure that the infrared emission.

その後、基板１裏面からコンタクト層13上面までの素子全体の厚みが100mm程度になるまで基板１の研磨を行い、最後にn側電極14を基板１裏面に、p側電極15をコンタクト層13上面に蒸着および熱処理により形成する。 Thereafter, the polishing of the substrate 1 to the element overall thickness of the substrate 1 back surface to the contact layer 13 top surface is about 100 mm, finally the n-side electrode 14 on the rear surface of the substrate 1, a p-side electrode 15 contacts layer 13 top surface It is formed by evaporation and heat treatment.このウエハから共振器長0.50〜2.0mm程度のSLDバ−を劈開により切り出し、光出射端面となる前方端面18および後方端面19に、発光波長に対して0.5％以下の反射率を有するAR膜のコ−ティングを行う。 SLD bar resonator length about 0.50~2.0mm from the wafer - cut out by cleavage, to the front end surface 18 and the rear end surface 19 serving as a light emitting end face, of the AR film having a reflectivity of 0.5% or less with respect to the emission wavelength Koh - do the computing.その後劈開によりチップ化を行い、SLD１を形成する。 Then perform chip by cleavage to form a SLD1.なお、SLD１は、放熱効果を高めるため発光部のあるpn接合部を下にしてヒートシンクに実装することが望ましい。 Incidentally, SLD1 is a pn junction with the light emitting portion to enhance the heat dissipation effect in the lower it is desirable to implement the heat sink.

光導波路の幅はその周りの領域との屈折率段差、導波路内およびその上下層の厚みなどに依存して変化し、出射開口22は活性層５を中心とする発光点であるが、ここでは光導波路20の幅をリッジストライプの幅で規定する。 Refractive index difference of the width of the optical waveguide and the region around it, within the waveguide and vary depending like the thickness of the upper and lower layers, but the exit opening 22 is a light emitting point around the active layer 5, where in defining the width of the optical waveguide 20 by the width of the ridge stripe.上記層構成のSLD1の場合、支流光導波路のリッジストライプ幅W a 、W b ＝3〜4mm、出射端面での開口幅wを3〜4mmとする。 For SLD1 the layer structure, the ridge stripe width W a tributary optical waveguide, W b = 3-4 mm, the opening width w at the emitting end face and 3-4 mm.それぞれの支流光導波路内においては単一横モードで発光光が進行し、それぞれの支流光導波路からの発光光が出射端面からそれぞれ異なる方向に出射される。 Within each branch optical waveguide emitting light proceeds in a single transverse mode, the light emitted from the respective branch optical waveguides are emitted in different directions from the exit end face.なお、導波路の幅は、それぞれの光導波路の延びる方向に垂直な面内における幅をいうものとする。 The width of the waveguide is intended to refer to a width in the plane perpendicular to the extending direction of each of the optical waveguide.

なお、上記実施形態は、光ガイド層の材料組成および層厚、電流ブロック層の材料組成および層厚、クラッド層の材料組成および層厚は発光波長が単一横モードで発光する条件の1例を示したものであり、本発明は、上記実施形態の材料組成、層厚に限定されるものではない。 The above-described embodiment, the material composition and thickness of the light guide layer, the material composition and layer thicknesses of the material composition and layer thicknesses, cladding layer of the current blocking layer is one example of a condition that the emission wavelength is emitted in a single transverse mode and shows the present invention, the material composition of the above embodiment, the present invention is not limited to the layer thickness.またここでは屈折率導波型の埋込型リッジストライプ構造によるSLD素子を例として挙げたが、利得導波型の構造による光導波路を備えたものであってもよい。 Although as examples of the SLD device by buried ridge stripe structure having a refractive index guiding type here may be a structure having an optical waveguide according to the structure of the gain-guided type.

図３は、本発明の第２の実施形態のスーパールミネッセントダイオード２（以下、「SLD2」という。）の斜視図である。 Figure 3 is a super luminescent diode 2 of the second embodiment of the present invention (hereinafter, referred to as. "SLD2") is a perspective view of a.以下においては第１の実施形態のSLD1と同様の構成には同一符号を付し詳細な説明を省略し、主としてSLD1と異なる点について説明する。 Omitted subjected detailed description the same reference numerals are used for the same configuration as SLD1 of the first embodiment in the following be described mainly SLD1 differs.

SLD2は、SLD1とその光導波路の形状が異なる。 SLD2 the different shape of the optical waveguide and SLD1.SLD2の光導波路30は、所定の曲率の曲線状に形成された２本の支流光導波路31ａ、31ｂが出射開口32に向かって合流する形状である。 Optical waveguide 30 of SLD2 has a shape two tributaries optical waveguide 31a formed in a curved shape of a predetermined curvature, 31b merge towards the exit opening 32.直線状の支流光導波路が直線的に合流する場合と比較して、光導波路が緩やかな曲線を持って合流する形状とすることにより、合流箇所における光導波時の漏れ光を抑制することができる。 As compared with the case where the linear branch optical waveguides linearly converging, by the optical waveguide is shaped to merge with a gentle curve, it is possible to suppress the leakage light at the optical waveguide in the combined location .曲線状の支流光導波路31ａ、31ｂは特に、臨界角以上となる曲率、すなわち全反射条件を満たす状態で形成することにより、漏れ光をより効果的に抑制することができる。 Curved branch optical waveguides 31a, 31b is particularly curvature equal to or greater than the critical angle, i.e. by forming the total reflection condition is satisfied state, it is possible to more effectively suppress the leakage light.

図４は、本発明の第３の実施形態のスーパールミネッセントダイオード３（以下、「SLD3」という。）の斜視図である。 Figure 4 is a superluminescent diode 3 of the third embodiment of the present invention (hereinafter, referred to as. "SLD3") is a perspective view of a.

SLD3は、SLD1およびSLD2とその光導波路の形状が異なる。 SLD3 the different shape of the optical waveguide and SLD1 and SLD2.SLD3の光導波路40は、直線状の２本の支流光導波路41ａ、41ｂが素子内部で合流して一本の導波路43となり、その導波路43の一端が出射端面に延びて出射開口42を形成する形状である。 Optical waveguide 40 of SLD3 the linear two tributaries optical waveguides 41a, 41b is one of the waveguides 43 next joins with the internal element, the exit opening 42 at one end extends to the exit end face of the waveguide 43 it is formed to shape.SLD1においては支流光導波路が出射端面の極近くで合流する構成であったが、SLD3のように、支流光導波路が素子内部で合流していれば、支流光導波路からの光が一本の導波路43を進行中に合波され、出射開口から１つの進行方向に進む１本の出力光（単一横モードの出力光）を得ることができる。 Although in SLD1 was configuration in which the branch optical waveguide merge at close proximity to the exit end face, as SLD3, if tributary optical waveguide if joins with the internal element, the light from the tributary optical waveguide of single guide are combined with waveguide 43 in progress, it is possible to obtain a single output light traveling from the exit opening in one direction of travel (output light of a single transverse mode).

上記実施形態においては、支流光導波路が２本のものを例に挙げたが、支流光導波路は３本以上であってもよい。 In the above embodiment, the tributary optical waveguide is an example of those two, branch optical waveguide may be three or more.３本以上支流光導波路がある場合、出射端面に向って順次合流する形態であってもよいし、出射端面近傍あるいは素子内部の一箇所で同時に合流する形態であってよい。 If there are three or more tributary optical waveguide may be in the form of sequentially merging towards the exit end face may be in the form of merging simultaneously in one place inside the light emitting edge surface vicinity or elements.

本発明の第１の実施形態の素子構造を示す斜視図 Perspective view showing an element structure of the first embodiment of the present invention図１に示す素子の断面図 Cross-sectional view of the device shown in FIG. 1本発明の第２の実施形態の素子構造を示す斜視図 Perspective view showing an element structure of a second embodiment of the present invention本発明の第３の実施形態の素子構造を示す斜視図 Perspective view showing an element structure of a third embodiment of the present invention

Claims (4)

Translated from Japanese

光導波路が、光導波方向に沿って利得層を含み、複数の光導波路が光出射端面に設けられた１つの出射開口に向かって合流していることを特徴とするスーパールミネッセントダイオード。 Optical waveguide comprises a gain layer along the optical waveguide direction, a super luminescent diode in which a plurality of optical waveguides characterized in that it merges towards one exit opening provided in the light emitting facet.

前記複数の光導波路の各々の少なくとも一部が前記光出射端面の法線方向に対して傾きを有していることを特徴とする請求項１記載のスーパールミネッセントダイオード。 Wherein the plurality of superluminescent diode according to claim 1, wherein at least a portion of each of the optical waveguide is characterized in that it has a tilt with respect to the normal direction of the light emitting facet.

前記複数の光導波路の少なくともいずれかの光導波路が、前記合流している箇所における光導波時の漏れ光を抑制するための所定の曲率を有する曲線状に形成されていることを特徴とする請求項１または２記載のスーパールミネッセントダイオード。 Billing at least one of the optical waveguides of the plurality of optical waveguides, characterized in that it is formed in a curved shape having a predetermined curvature for suppressing the leakage light at the time of the optical waveguide at the location that the joint in claim 1 or 2 super luminescent diode described.

前記光導波路が光を単一横モードにて導波するものであることを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載のスーパールミネッセントダイオード。 Superluminescent diode according to claim 1 to 3 any one of claims, characterized in that the optical waveguide is to guide light in a single transverse mode.